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是因噎廢食，選擇棄核？還是迎難而上，科技興核？我國(guó)該如何確保核廢料的安全排放？科學(xué)家們又如何將核廢料變廢為寶？今天，我們就來(lái)揭秘核廢料處理。 世界難題—核廢料處理 距1948年人類首次使用核能進(jìn)行發(fā)電已經(jīng)過(guò)去半個(gè)多世紀(jì)，在這半個(gè)多世紀(jì)里，三里島核事故、切爾諾貝利核事故、福島核事故層出不窮，讓很多人談核色變。是否應(yīng)該利用核能的聲音和爭(zhēng)論也層出不窮。  切爾諾貝利核事故 而對(duì)于放射性核廢料的處理更是世界性難題一直讓科學(xué)家頭疼。雖然核電屬于清潔能源，但在使用過(guò)程中卻依然會(huì)產(chǎn)生少量的廢棄物，這些廢棄物往往含有大量放射性，必須妥善處理，否則后患無(wú)窮。  生化人員 這些核廢料大多需要通過(guò)數(shù)十萬(wàn)年的衰變才能最終成為對(duì)人類無(wú)害的物質(zhì)。在這半個(gè)多世紀(jì)里，無(wú)數(shù)科研工作者腦洞大開(kāi)，提出了許多處理核廢料的方法，比如有科學(xué)家就曾提出將核廢料掩埋在南北極的冰蓋或者海床下。讓大海和冰蓋稀釋核廢料，這顯然是一個(gè)餿主意。再比如還有科學(xué)家提出將核廢料發(fā)射到太空，直接扔出地球。這樣的想法成本高昂，危險(xiǎn)性也很大，也不現(xiàn)實(shí)。 現(xiàn)階段處理核廢料的兩種方法 目前國(guó)際上有兩種處理核廢料的方法，一種是開(kāi)式循環(huán)，就是不處理核廢料，僅僅儲(chǔ)存起來(lái)，或掩埋在深山之中。比如美國(guó)、芬蘭、瑞典都是這樣。這些國(guó)家認(rèn)為核廢料回收利用成本過(guò)高，技術(shù)仍然不成熟，加上自己國(guó)家地廣人稀，有地方安全儲(chǔ)存，所以選擇直接掩埋而不回收的方法。 但如果僅僅掩埋，不加以重復(fù)利用，地球上的鈾資源只夠人類用幾十年，所以還有一種核廢料處理方法，也就是我國(guó)和法國(guó)等一些國(guó)家采用的閉式循環(huán)，就是將核廢料回收、提取出有用的物質(zhì)再次循環(huán)利用。這樣的方法，雖然成本高昂，技術(shù)仍然不成熟，但卻是未來(lái)的發(fā)展方向，可以高效且重復(fù)利用資源，對(duì)環(huán)境也更為友好。  當(dāng)前存放的乏燃料 大家可能沒(méi)有概念，覺(jué)得掩埋和回收都可以，給大家說(shuō)一個(gè)數(shù)據(jù)，僅2020年，我國(guó)5800萬(wàn)千瓦的核電機(jī)組就產(chǎn)生了1500噸的核廢料，而隨著我國(guó)核電技術(shù)的發(fā)展，預(yù)計(jì)2030年我國(guó)核電站產(chǎn)生的核廢料每年可達(dá)3200噸左右。 這是什么概念？?jī)H僅150公斤的乏燃料就需要整個(gè)長(zhǎng)江水100余年的流量稀釋，才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。每年3200噸，這需要213萬(wàn)年的長(zhǎng)江水去稀釋。如果不加以重復(fù)利用，對(duì)環(huán)境的污染可想而知。 核廢料的分類與處理 核廢料可以簡(jiǎn)單分為中低放射性核廢料和高放射性核廢料。比如操作工具、工作服、反應(yīng)堆內(nèi)的零件或者冷卻水都屬于中低放射性核廢料。它占核廢料的97%，但放射性只有核廢料全部放射性的5%，這些中低放射性廢料先經(jīng)過(guò)固體化封存，然后直接掩埋在10-300米的地下。大約經(jīng)過(guò)300年左右，其放射性就不會(huì)對(duì)人造成傷害。比如大亞灣核電站，一年最多也就生產(chǎn)150立方米的中低放射性核廢料。  被固體化的中低放射性核廢料 這些中低放射性廢料對(duì)外界的影響幾乎可以忽略，對(duì)于人類而言并不是什么威脅，真正困難的是高放射性廢料，它的體積只占核廢料的3%，卻包含了95%的放射性。它又被成為乏燃料，是二氧化鈾燃料棒中的鈾235含量低于1%時(shí)產(chǎn)生的。原本的燃料棒鈾235的含量是3-5%，在經(jīng)過(guò)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)之后，降至1%以下，這時(shí)燃料棒就無(wú)法產(chǎn)生足夠的熱量進(jìn)行發(fā)電，需要棄置。  核廢料構(gòu)成 但這些乏燃料依然具有高放射性和高熱量，必須妥善處理，否則后患無(wú)窮。這些乏燃料就像煤球一樣，依然會(huì)發(fā)熱，所以先需要離堆，在冷卻水里冷卻儲(chǔ)存。冷卻十幾年之后，等溫度降低到可以接受的范圍，再將這些乏燃料運(yùn)到干式貯西藏，進(jìn)行干燥，然后才能做進(jìn)一步的處理。就算直接掩埋，也需要先將其固化成玻璃，然后封閉在隔離輻射的容器之內(nèi)，再深埋入500-1000米的地下，這些地下處置庫(kù)選址也非常嚴(yán)格，既要防止地震、坍塌等地質(zhì)災(zāi)害，又要防止地下水滲入泄漏，比如韓國(guó)的慶州，在掩埋這些核廢料時(shí)就遇到了地下水滲入的問(wèn)題，而遭到了周圍居民的強(qiáng)烈抵制。福島核廢水的排放也是如此。所以如何處理這些核廢料是每一個(gè)核電國(guó)家都頭疼的問(wèn)題。我們剛剛說(shuō)的處理核廢料的兩種方法，也就是回收利用和填埋，就是針對(duì)這些乏燃料說(shuō)的。 乏燃料 那乏燃料要如何變廢為寶呢？動(dòng)動(dòng)手指點(diǎn)個(gè)贊，我們接著往下看。 核反應(yīng)燃料棒在反應(yīng)前只有二氧化鈾一種物質(zhì)，但是成為乏燃料后，卻有五十多種元素，幾乎占據(jù)了半個(gè)元素周期表，而同位素更是多達(dá)幾百種。這里面不僅有氫氦鋰等元素，還有一些稀土元素，更有鈾钚等放射性元素。這些放射性元素一旦釋放出來(lái)，后患無(wú)窮。  核廢料回收處理示意圖 這些乏燃料中95%都是二氧化鈾，可以繼續(xù)回收利用用于燃料棒的生產(chǎn)。還有1%是鈾235和钚238等放射性元素。剩下的才是那些稀土、重金屬元素。 其中的錒系元素屬于戰(zhàn)略資源，如果能回收效益無(wú)窮。比如其中的钚238和镎237可以用做核電池。在遠(yuǎn)離太陽(yáng)的深空探索中使用，我們探測(cè)月球、水星等行星都可以用太陽(yáng)能。但是如果想要探索火星，太陽(yáng)能就不夠用了，必須用核燃料電池，而钚238和镎237就是核燃料電池的重要材料。再比如鈀金屬，一噸核廢料中只有1.5公斤的鈀，鈀作為一種貴金屬?gòu)V泛應(yīng)用于催化劑和電子儀器中，每盎司更是高達(dá)3000美元，比黃金還要精貴。對(duì)于一些資源稀缺的國(guó)家，就算1噸核廢料產(chǎn)出的鈀再少，也要提取出來(lái)。比如日本，就在不斷研究相關(guān)的提取技術(shù)。  鈀金屬 所以說(shuō)難聽(tīng)點(diǎn)，用不好了叫做核廢料，但是用好了，這些廢料都是寶貝。在科研人員眼中，這些核廢料是亟待開(kāi)發(fā)的礦藏。通過(guò)對(duì)這些乏燃料的回收提取，可以大大減小核廢料的體積和放射性，再經(jīng)過(guò)地底深層填埋，完全可以保障核廢料的安全性。 但說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單做起來(lái)難，這些核廢料本身具有強(qiáng)放射性、還需要在強(qiáng)酸的條件下進(jìn)行處理和回收，各種極端條件都占了，這對(duì)處理設(shè)備和萃取劑提出了極高的要求，處理起來(lái)自然也就相當(dāng)困難。可以說(shuō)對(duì)乏燃料的處理是目前人類最復(fù)雜也是最難的化工分離技術(shù)，沒(méi)有之一。這就好比在烈日炎炎的沙漠中從一袋米中挑出唯一一粒壞米。同時(shí)這袋米還不能撒出來(lái)。簡(jiǎn)直是大浪淘沙，天方夜譚。 也難怪，對(duì)核廢料的處理和回收一直成本高昂，對(duì)于這種處理技術(shù)，法國(guó)相對(duì)成熟，但每年也僅能處理800噸核廢料。我國(guó)也發(fā)展飛快，雖然目前每年能處理50噸核廢料，但很多處理廠還在建設(shè)籌備之中。大家想想，我國(guó)目前每年有1500噸核廢料，未來(lái)每年有3200噸的核廢料，而現(xiàn)階段的處理能力僅為50噸，這是不是一個(gè)很好的商機(jī)？ 當(dāng)然，這也需要像稀土提取技術(shù)的發(fā)明人徐光憲院士一樣的科研工作者不斷研究和努力，找到高效且安全的核廢料回收技術(shù)。假如有一天，各位觀眾中有人研究出了可商業(yè)化的核廢料回收技術(shù)，那一定又是一項(xiàng)國(guó)之重器，不僅能夠迅速商業(yè)化成為億萬(wàn)富翁，還能獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，更能為國(guó)爭(zhēng)光，走向人生巔峰。各位高智商的朋友們還不趕緊努力啊~ 各國(guó)如何處理核廢料 說(shuō)完了這些，我們?cè)賮?lái)看看其他一些國(guó)家是如何處理核廢料的？他們的核廢料儲(chǔ)存廠又是什么樣子的？ 芬蘭瑞典 在芬蘭的埃烏拉約基，在這不到一萬(wàn)人的小鎮(zhèn)里坐落著芬蘭的第一座核電站，同時(shí)這里也將成為全世界第一個(gè)核廢料地下永久處置廠。目前芬蘭有25%的能源來(lái)源于核電，四十年來(lái)，這里一直非常先鋒地接受核電和核廢料。全靠著三項(xiàng)法寶：透明化、地方接受和獨(dú)立監(jiān)管。市政府大約每年從核廢料處理工廠收到2000萬(wàn)歐元的稅，這是政府收入的四分之一。這些錢帶動(dòng)了當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展，養(yǎng)老院、學(xué)校各種社會(huì)福利一應(yīng)俱全。每年核電站和核廢料處理廠都會(huì)組織當(dāng)?shù)氐娜罕娙ズ穗姀S和核廢料廠參觀，這里的博物館有1:1的燃料棒模型，還能模擬核電站的操作處理，這些都使得這里的人對(duì)核電廠保持著一種開(kāi)放的接受態(tài)度。  地下核廢料儲(chǔ)存廠 這里的核廢料儲(chǔ)存在地下450米的隧道之中，從地表到這里，大約需要20分鐘，未來(lái)芬蘭的核廢料就將儲(chǔ)存在這些洞穴之中。這些巨大的隧道四通八達(dá)，建成之后將有兩百個(gè)橫向隧道。如果不說(shuō)，你會(huì)以為這里住著地底蜥蜴人又或者是庫(kù)斯圖里卡的電影《地下》的地底通道。 這些核廢料會(huì)儲(chǔ)存在這樣寬1.8米，深6-8米的孔洞之中。核廢料首先會(huì)用鑄鐵進(jìn)行包覆，然后封存在這樣的銅膠囊里，這些銅膠囊厚5厘米，每個(gè)造價(jià)都得幾十萬(wàn)美元，可以將核廢料封存10萬(wàn)年以上而不用擔(dān)心泄漏。外部還有硼潤(rùn)土作為緩沖，抗震的同時(shí)也可以防止地下水滲入，最后以黏土塊以及外層基巖回填保護(hù)。在里三層外三層的保護(hù)下沒(méi)有任何安全風(fēng)險(xiǎn)。  銅膠囊 一般人體一年會(huì)遭受1毫西弗的輻射，而芬蘭的核廢料處置廠最終每年只有0.01毫西弗的輻射，這非常微小，幾乎可以忽略不計(jì)，所以安全性非常高。這樣的設(shè)施可以抵擋環(huán)境變遷、冰河期等一系列自然及人為的挑戰(zhàn)。芬蘭人甚至自豪地表示，他們已經(jīng)走在其他國(guó)家前面，并且沒(méi)有把核廢料留給子孫后代去解決。  儲(chǔ)藏銅膠囊的膠囊倉(cāng) 芬蘭的鄰國(guó)瑞典也在使用相應(yīng)的方式處理核廢料。每年瑞典政府都會(huì)組織居民在隧道里進(jìn)行馬拉松比賽，讓民眾近距離接觸核廢料的處置，深入了解，打消他們的顧慮和擔(dān)心。 中國(guó) 我國(guó)也在積極建設(shè)核廢料處置廠，在甘肅玉門的中核404場(chǎng)的地下10-20米，就存放著中低放射性的核廢料。未來(lái)在甘肅北山，我國(guó)將建成和芬蘭一樣的高放射性核廢料處置庫(kù)。預(yù)計(jì)2050年，這里將存放中國(guó)100-200年間所有的核廢料。  中國(guó)核廢料儲(chǔ)存廠 當(dāng)然，每個(gè)國(guó)家面臨的地質(zhì)、氣候甚至國(guó)情都不同，需要投入研究的領(lǐng)域和角度也不相同，但唯有深入了解，公開(kāi)咨詢。才有可能解決人類自己制造的問(wèn)題。你認(rèn)為我們應(yīng)該如何處理核廢料？或者你是否支持我國(guó)現(xiàn)在的核廢料處置方法？歡迎留言告訴我們。 |
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